A 1.600 metri di profondità gli scienziati cercano di aprire la porta sul lato nascosto dell'universo
Il progetto LUX-ZEPLIN, sepolto a più di un chilometro di profondità nel Dakota del Sud, ha aperto nuove frontiere nella ricerca delle enigmatiche particelle che compongono la maggior parte dell'universo. I suoi risultati ridefiniscono la strada per la comprensione della materia oscura.
Comprendere che cos’è la materia oscura — quel componente invisibile che rappresenta la maggior parte della massa dell’universo — rimane una delle grandi sfide della fisica moderna. L’esperimento LUX-ZEPLIN (LZ), considerato il rivelatore più sensibile al mondo, ha appena pubblicato nuovi risultati che affinano la ricerca di uno dei principali candidati teorici: le particelle massicce debolmente interattive, note come WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles).
“Speriamo sempre di scoprire una nuova particella, ma è altrettanto fondamentale poter stabilire limiti su ciò che la materia oscura potrebbe essere”, ha spiegato Hugh Lippincott, fisico sperimentale dell’Università della California a Santa Barbara (UCSB). Sebbene gli scienziati siano convinti della sua esistenza da decenni, la materia oscura continua a sfuggire alla rilevazione diretta, pur modellando le galassie e mantenendo unito l’intreccio cosmico.
Un laboratorio a un chilometro sotto terra
Il rivelatore LZ opera a quasi un miglio di profondità, nelle strutture sotterranee del Sanford Underground Research Facility (SURF), nel Dakota del Sud. Lì, protetto dalla radiazione di fondo, cerca minuscoli segnali che potrebbero rivelare la presenza di una WIMP.
Nell’analisi più recente, il team ha esaminato dati raccolti in 280 giorni di osservazione, aggiungendo 220 giorni — tra marzo 2023 e aprile 2024 — ai 60 del primo ciclo operativo. Entro il 2028 si prevede di raggiungere i mille giorni di misurazioni.
Il cuore dell’esperimento è costituito da due camere di titanio riempite con dieci tonnellate di xenon liquido ultrapuro, un ambiente silenzioso e denso che consente di registrare i più deboli bagliori di luce generati da una possibile collisione con una WIMP. Attorno a esse, un Rivelatore Esterno (OD) con liquido scintillante arricchito con gadolinio aiuta a distinguere i segnali autentici dal rumore di fondo.
Isolamento estremo per ascoltare l’universo
Il segreto della sensibilità di LZ risiede nella sua capacità di ridurre al minimo i falsi segnali. Essendo sepolto nel sottosuolo, il rivelatore è protetto dai raggi cosmici, e la sua struttura — composta da migliaia di componenti a bassa radioattività — minimizza le interferenze naturali dell’ambiente. Ogni strato del sistema ha una funzione precisa: bloccare la radiazione esterna o tracciare interazioni che potrebbero imitare la materia oscura.
Inoltre, il team utilizza avanzate tecniche di analisi per filtrare gli eventi spurî e mantenere intatta l’integrità dei dati.
Gli impostori più sfuggenti
Tra i principali nemici dell’esperimento ci sono i neutroni, particelle subatomiche presenti in quasi tutti gli atomi e in grado di produrre segnali indistinguibili da quelli delle WIMPs. Per affrontare questa sfida, gli scienziati della UCSB hanno guidato la progettazione del Rivelatore Esterno, fondamentale per escludere interazioni dei neutroni e validare eventuali rilevazioni reali.
Un altro imitatore frequente è il radon, un gas radioattivo che può emettere una serie di decadimenti facilmente confondibili con la materia oscura. “In questa fase siamo riusciti a identificare queste sequenze complete nel rivelatore ed evitare errori di interpretazione”, ha spiegato il fisico Jack Bargemann.
Scienza senza pregiudizi
Per evitare interpretazioni errate da parte degli esseri umani, la collaborazione LZ applica un metodo chiamato “salting”, che introduce falsi segnali di WIMPs nei dati durante la raccolta. Solo al termine dell’analisi — quando i dati vengono “desalinizzati” — gli scienziati scoprono quali eventi erano reali. In questo modo si elimina qualsiasi bias inconscio nell’interpretazione.
“Stiamo esplorando una regione dove nessuno aveva mai cercato prima”, ha dichiarato Scott Haselschwardt, coordinatore dello studio. “Quando si lavora al limite della conoscenza, è essenziale mantenere l’obiettività”.
Un passo in più verso il mistero cosmico
I risultati di LZ riducono significativamente le possibilità su cosa possano essere le WIMPs, contribuendo a scartare modelli errati dell’universo e a orientare le future ricerche. Ma il suo valore va oltre: il rivelatore può anche captare fenomeni rari, come neutrini solari o decadimenti poco comuni di isotopi dello xenon.
Con oltre 250 scienziati di 38 istituzioni in sei paesi, la collaborazione LUX-ZEPLIN si prepara a continuare la raccolta di dati e a sviluppare una versione ancora più avanzata: XLZD, il futuro rivelatore di nuova generazione che promette di avvicinare l’umanità alla comprensione della materia invisibile del cosmo.
Riferimento della notizia
J. Aalbers et al., Dark Matter Search Results from 4.2 Tonne−Years of Exposure of the LUX-ZEPLIN (LZ) Experiment, 1 luglio 2025, Physical Review Letters.